TD séries 2 3 4

Thermochimie - L1 Biologie - Travaux Dirigés
Série 2 : gaz parfaits et 1er principe de la thermodynamique
1) Un tube de téléviseur d’un volume de 6L est préalablement rempli de diazote, puis il est
scellé sous vide à la température ambiante de 295K. La pression résiduelle étant de 0,1 Pa,
quel est le nombre de moles et la masse de diazote restant dans le tube ?
Données : on considère le diazote comme un gaz parfait. MN2 = 28 g/mol
2) Un gaz parfait subit une détente isotherme réversible qui fait passer son volume de la
valeur initiale Vi à une valeur finale de 10Vi. Le travail mis en jeu durant cette transformation
est égal à - 41,8 kJ. La pression initiale étant égale à 1,013.107 Pa,
a) Calculer la pression finale, pf
b) Si le système est constitué de 2 moles de gaz, quelle est sa température ?
3) Une mole d’un gaz parfait monoatomique parcourt un cycle fermé et met en jeu un travail
égal à + 418 J. La quantité de chaleur absorbée durant ce cycle est-elle :
- Nulle ?
- égale à + 418 J ?
- égale à - 418 J ?
- indéterminée du fait qu’on ne précise pas si le processus est réversible ou non ?
4) Dans une enceinte adiabatique, on jette un morceau de glace de 30g à 0°C dans 100g d’eau
liquide à 30°C. Quelle est la température finale de l’eau ?
Données : chaleur latente de fusion de l’eau à 0°C : Lf = 334 J.g-1. Capacité calorifique
massique de l’eau C = 4,18 J.K-1g-1
5) On considère du dihydrogène que l’on assimile à un gaz parfait occupant un volume de
10L à 27°C sous une pression de 1,013.105 Pa. Le gaz est comprimé de manière réversible et
isotherme jusqu’à ce que son volume soit de 5 L.
a) Calculer la température et la pression finales
b) la quantité de chaleur échangée avec l’extérieur et le travail effectué au cours de la
transformation
6) Une mole d’un gaz parfait (Cv = 20,9 JK-1mol-1) prise initialement sous les conditions
normales de température et de pression, parcourt réversiblement le cycle suivant :
A- état 1 → état 2 : le système reçoit une certaine quantité de chaleur, sa température
double, le volume est maintenu constant durant cette transformation
B- état 2 → état 3 : détente adiabatique qui fait décroître la température jusqu’à sa
valeur initiale
C- état 3 → état 1 : Compression isotherme qui ramène le système à son état 1
Calculer ∆U et ∆H lors des étapes A, B et C et pour l’ensemble du cycle
Thermochimie - L1 Biologie - Travaux Dirigés
Série 3 : 1er principe de la thermodynamique et thermochimie
→
1) Soit la réaction suivante: 4 HCl(g) + O2(g)
2 Cl2(g) + 2 H2O(l)
Calculer l’enthalpie standard molaire de cette réaction à partir des données. Est-elle
endothermique ou exothermique ? En déduire la variation d’énergie interne.
Données : ∆fH°m(HCl, g) = -92,30 kJ.mol-1, ∆fH°m (H2O, l) = -285,84 kJ.mol-1à 25°C.
2) La combustion dans une bombe calorimétrique (volume constant) d’une pastille de 3,762 g
d’acide benzoïque (C6H5CO2H) dans un excès d’oxygène dégage 99,44 kJ à 298,15 K.
a) Ecrire l’équation de la réaction de combustion
b) Sachant que la réaction est complète, calculer son avancement quand la combustion est
achevée
c) Calculer la valeur de l’énergie interne molaire de combustion ∆cUm de l’acide benzoïque à
298,15 K.
d) Calculer la valeur de l’enthalpie molaire de formation ∆fHm de l’acide benzoïque à 298,15
K.
Données : Masse molaire de l’acide benzoïque : 122,12 g/mol. ∆fH°m(CO2(g), 298,15) = -393,51
kJ.mol-1 et ∆fH°m(H2O(l), 298,15) = -285,84 kJ.mol-1
3) On donne les enthalpies molaires de référence de combustion à 298 K de l’hydrogène, de
l’éthane et de l’éthylène:
H2 + ½ O2
→ H2O
∆cHm° (H2)(298,15 K) = -285,8 kJmol-1
CH3–CH3 + 7/2 O2 → 3H2O + 2CO2
∆cHm°(C2H6) (298,15 K) = -1559,8 kJmol-1
CH2=CH2 + 3 O2 → 2H2O + 2CO2
∆cHm°(C2H4) (298,15 K) = -1411,3 kJmol-1
Ecrire la réaction d’hydrogénation de l’éthylène et calculer son enthalpie molaire de référence
à 298 K. Cette réaction est-elle endo ou exothermique ?
4) Pour la réaction : H2S(g) + 3/2 O2(g)
→
SO2(g) + H2O(g)
calculer :
a) L’enthalpie molaire de réaction, de référence, à 298 K.
b) L’enthalpie molaire de réaction, de référence, à 800 K.
c) L’énergie interne molaire de réaction, à 800 K.
Données :
Composé (état)
enthalpies standard de formation
Capcités calorifiques molaires à
pression constante
∆fH°m (kJ.mol-1) à 298 K
C°p,m (J.K-1mol-1)
H2S(g)
-20,15
26,71 + 23,87.10-3T
H2O(g)
-241,83
30,20 + 9,933.10-3T
SO2(g)
-296,90
25,72 + 13,61.10-3T
O2(g)
0
25,50 + 57,91.10-3T
Thermochimie - L1 Biologie - Travaux Dirigés
Série 4 : 1er principe de la thermodynamique et thermochimie (suite)
1) En supposant les enthalpies de liaison indépendantes de la longueur de chaîne, calculer
l’enthalpie molaire de combustion, à 25°C, des alcènes en fonction de la longueur de chaîne n
(pour des valeurs de n suffisamment faibles pour que les alcènes correspondants soient
gazeux), à l’aide des données ci-dessous.
liaison
Enthalpie molaire de référence de liaison
∆fH°m (kJ.mol-1) à 25°C
C-H C=O C-C
O-H O=O C=C
-413,0 -803,0 -347,4 -462,3 -498,0 -615,0
Enthalpie molaire de vaporisation de l’eau : ∆vapH°m (H2O) = 44,0 kJ.mol-1
2) A partir des données suivantes à 298 K :
- enthalpies molaires de référence de dissociation des liaisons :
liaison
C-H
C-C
O-H
347,4
462,3
∆dissHm° (kJ.mol-1) 413,0
- enthalpies molaires de référence de dissociation des molécules :
molécules
H2
O2
-1
498,0
∆dissHm° (kJ.mol ) 435,9
- enthalpies molaires de référence de formation des composés :
molécules
COg
CO2(g)
CH3CH2OH(l)
-1
-110,4
393,5
-275,3
∆fHm° (kJ.mol )
-
enthalpies molaires de référence de vaporisation d’éthanol (∆fHm° = 40,4 kJ.mol-1)
enthalpies molaires de référence de sublimation du graphite (∆subHm° = 717,7 kJ.mol-1)
Calculer les enthalpies molaires de référence de dissociation des liaisons suivantes :
a) CO dans le monoxyde de carbone
b) CO dans le dioxyde de carbone
c) CO dans l’éthanol
d) Conclusion ?